تبیان، دستیار زندگی
کیبی از چدن سفید و چدن خاکستری ریز ساختار شامل گرافیت های لایه ای و کاربید آهن یا سمتتیت و پرلیت می باشد. ترکیب شیمیایی و خواص مکانیکی این چدن مابین چدن سفید و چدن خاکستری است ...
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :

چدن

چدن

چُدَن به آلیاژهایی از آهن و کربن که بین ۲٫۱الی ۶٫۲ درصد کربن داشته باشند، گفته می شود. رنگ مقطع شکست این آلیاژ به عنوان شناسه نامگذاری انواع مختلف آن به کار می رود. بیش از ۹۵ درصد وزنی چدن را آهن تشکیل می دهد و عناصر آلیاژی اصلی آن کربن و سیلیسیم هستند. به طور معمول بین ۲٫۱ تا ۴ درصد کربن و ۱ تا ۳ درصد سیلیسیم دارد و به عنوان آلیاژی سه گانه شناخته می شود. با این وجود، انجماد آن از روی دیاگرام فازی دوتایی آهن-کربن بررسی می شود. جایی که نقطه یوتکتیک در دمای ۱۱۵۴ درجه سانتی گراد و ۴٫۳ درصد کربن اتفاق می افتد که حدود ۳۰۰ درجه کمتر از نقطه ذوب آهن خالص است. چدنها، به استثنا نوع داکتیل، ترد هستند و به دلیل نقطه ذوب پایین، سیالیت، قابلیت ریخته گری، ماشین کاری، تغییرشکل ناپذیری و مقاومت به سایش به موادی مهندسی با دامنه وسیعی از کاربرد تبدیل شده و در تولید لوله ها، ماشینها، قطعات صنعت خودرو مانند سرسیلندر، بلوک سیلندر و جعبه دنده به کار می روند. چدن همچنین به تضعیف و تخریب ناشی از اکسایش (خوردگی) مقاوم است.

چدن های عمومی (معمولی):

این چدن ها جزو بزرگترین گروه آلیاژهای ریختگی بوده و بر اساس شکل گرافیت به انواع زیر تقسیم بندی می شوند:
- چدن با گرافیت لایه ای ( ورقه ای) یا چدن خاکستری؛
- چدن سفید؛
- چدن با گرافیت برفکی یا چدن مالیبل؛
- چدن با گرافیت کروی یا چدن نشکن؛
- چدن با گرافیت فشرده؛
- چدن خالدار؛
- چدن آلیاژی؛

چدن

چدن خاکستری (GG) :
مقطع این نوع چدن به رنگ خاکستری است و رایج ترین نوع چدن و از پرکاربرد ترین فلزات ریخته گری محسوب می شود که در آن کربن بصورت لایه هایی از گرافیت در کریستال ها جای می گیرد. وجود گرافیت سبب افزایش قابلیت براده برداری، دمپ کردن ارتعاشات و کاهش ضریب اصطکاک می شود. چدن خاکستری در مقابل فشار و فرسودگی مقاوم است ولی قابلیت چکش خواری ندارد. قابلیت ریخته گری آن بالاست و دمای ذوب آن 1250 درجه سانتیگراد است. مقاومت چدن بستگی به گرافیت آن دارد که از فرمول کربن معادل یعنی CE=%C+ 1/3(%Si+ %P) می توان محاسبه نمود.

چدن خالدار:
ترکیبی از چدن سفید و چدن خاکستری
ریز ساختار شامل گرافیت های لایه ای و کاربید آهن یا سمتتیت و پرلیت می باشد. ترکیب شیمیایی و خواص مکانیکی این چدن مابین چدن سفید و چدن خاکستری است
هرگاه عناصر گرافیت زا کافی نباشد و یا سرعت انجماد زیادتر از معمول باشد مثلا در قسمتهای نازک از قطعات ریختگی که با ترکیب شیمیایی چدن خاکستری تولید می شوند، ممکن است این ساختار تشکیل شود.

تاثیر عناصر مختلف بر چدن خاکستری:

1_ هیدروژن:که از اتمسفر محیط و رطوبت موجود در محفظه قالب وارد مذاب می شود .      و باعث ایجاد مک و حفرات گازی در درون قطعه می گردد . و با افزایش درصد آلومینیم در مذاب چدن میزان انحلال هیدروژن افزایش پیدا می کند .
هیدروژن باعث تشدید تشکیل کاربید شده و عمق سفیدی را در چدن افزایش می دهد که این عمق باعث می شود که مقاومت به ضربه چدن کاهش پیدا کرده و هزینه تراشکاری افزایش پیدا کند . که برای از بین بردن سفیدی در چدن ها می توان با تلقیح مناسب و یا جلوگیری از عوامل کاربیدی این عمق را کاهش داد .

2_ ازت (نیتروژن):این عنصر از اتمسفر محیط وارد قطعه شده و در میزان کم باعث فشرده شدن گرافیت می شود و همچنین باعث افزایش خواص مکانیکی و مقاومت به ضربه می شود اما در مقادیر زیاد باعث تشکیل حفرات گازی می شود که این عامل باعث افزایش عیوب شکافی مانند می شود که موجب کاهش خواص مکانیکی می شود که برای کاهش خواص ازت می توان با افزودن تیتانیم به مذاب خود تاثیرات آن را خنثی و یا کم کرد و همچنین آلومینیم نیز تاثیر نیتروژن را کاهش می دهد اما به علت آن که میزان انحلال هیدروژن را افزایش می دهد در مذاب کمتر استفاده می شود .میزان ازت موجود در مذاب اگر از 85 00/0% بیشتر شود برای مذاب و قطعه مضر می باشد که معمولا میزان ازت را در مذاب چدن 004/0% الی 015/0% در نظر می گیرند.
3_آلومینیوم:این عنصر که از طریق قراضه های فولادی وارد مذاب می شود باعث افزایش قابلیت انحلال هیدروژن در مذاب شده که افزایش هیدروژن نیز باعث افزایش مک و حفرات در سطح قطعه می شود منشا آلومینیم در مذاب می تواند فولاد های مصرفی در تهیه مذاب و یا شارژ و همچنین قراضه های فولادی باشد و همچنین عناصر تلقیحی مانند فروسیلیس تا حدود یک درصد آلومینیم در خود دارند . میزان آلومینیم بیش از 004/0% در مذاب چدن مضر می باشد .

4_ سرب :این عنصر مضر بوده و مخرب گرافیت می باشد و همچنین باعث پوک شدن گرافیت های موجود در مذاب چدن می شود این عنصر از طریق رنگ هایی که روی سطح قراضه ها وجود دارد و همچنین قراضه های فولادی و قراضه های اتومبیل وارد مذاب چدن می شود و در چدن ها باعث کاهش شدید مقاومت به ضربه می شود.

5_ گوگرد:این عنصر کاربید زای بسیار قوی ای می باشد که اثر خود را در چدن های خاکستری با منگنز خنثی می کند
فرمول تعیین میزان منگنز مصرفی:      M n=1/7% S+ 0/3
منشا وجود گوگرد در چدن ها سوخت های فسیلی می باشد که از جمله آن ها می توان به ترتیب اولویت موارد زیر را نام برد .
زغال سنگ ، کک ، گاز و سوخت های مایع فسیلی .

6_ سیلیسیم:این عنصر پس از کربن یکی از قوی ترین عناصر گرافیت زا محسوب می شودکه بیشترین حد سیلیسیم در مذاب چدن خاکستری حد اکثر 3 در صد می باشد که با آهن تشکیل Fe3Si میدهد.

7_ نیکل:این عنصر گرافیت زا بوده و تاثیر آن در مذاب چدن نصف تاثیر سیلیسیم می باشد نیکل باعث افزایش استحکام ، سختی و خواص مکانیکی می شود و همچنین باعث افزایش وزن مخصوص چدن می شود که یک عامل پرلیت زا می باشد که باعث ایجاد پرلیت ریز درچدن خاکستری می شود نیکل معمولا به همراه عنصر کرم استفاده می شود .

8_ مس:مس مانند نیکل جزو عناصر گرافیت زا بوده و باعث ایجاد پرلیت ریز در چدن می شود و تاثیر آن تاثیر سیلیسیم می باشد.

9_کرم :این عنصر یک کاربید زا قوی می باشد که در چدن ها باعث افزایش سختی و مقاومت به سایش می شود که در مذاب چدن خاکستری در مقادیر حدود 1 تا 5/1 درصد با نیکل استفاده می شود .

10_ مولیبدن:مولیبدن باعث کاهش سرعت تبدیل آستنیت به پرلیت می شود لذا باعث ریز شدن اندازه پرلیت ها می شود و همچنین باعث افزایش استحکام چدن       می شود.

11_ بر، بیسموت، تلریم:هر سه عنصر کاربید زا بوده و باعث به وجود آمدن گرافیت های نوع D می شود و همچنین با افزایش مواد تلقیحی جوانه زا می شود که سدیم می تواند تاثیر این عناصر را کاهش دهد. میزان مجاز بر درمذاب چدن 01/0 درصد تا 05/0 درصد می باشد و میزان مجاز بیسموت در مذاب چدن حداکثر 1% و میزان مجاز تلریم در مذاب چدن حداکثر 005/0 درصد می باشد.

12_ قلع :این عنصر مشابه مس بوده و پرلیت زایی قوی می باشد و همچنین باعث ایجاد پرلیت ریز می شود . در گذشته برای جلوگیری از تلفات مذاب قلع را در پاتیل تا یک 0.1 % به مذاب اضافه می شود که این مقدار باعث افزایش خواص مکانیکی چدن می شود این عنصر دارای نقطه ذوب 450 درجه سانتیگراد بوده و عموما به صورت شمش های 15 الی 20 گرمی استفاده می شود.

13_تیتانیم:این عنصر مانع از انحلال اکسیژن و نیتروژن درمذاب چدن می شود همچنین باعث توزیع یکنواخت گرافیت و افزایش خواص مکانیکی در چدن ها می شود .

14_ وانادیم :این عنصر باعث یکنواختی توزیع گرافیت و همچنین پایداری فاز سمنتیت در چدن ها می شود این عنصر باعث افزایش خواص مکانیکی شده و عاملی است کاربید زا است که تا حدود 1% به مذاب چدن اضافه می شود.

15_ منگنز :این عنصر جزو عناصر کاربید زا بوده و تاثیر منفی گوگرد را کاهش می دهد که این واکنش شیمیایی به صورت زیر نمایش داده می شود:

Fe S+ Ma = Ma S

درجه حرارت ذوب این فلز 1200 تا 980 درجه سانتیگراد است که سولفید منگنز در این دما به صورت فازی در داخل دانه ها رسوب می کند این فاز خواص مکانیکی را افزایش داده و در بعضی مواقع از طریق سرباره خارج می شود منگنز باعث افزایش مقدار کاربید شده که این امر موجب افزایش سختی و مقاومت به ضربه آلیاژ می شود این عنصر تا حدود یک درصد به مذاب اضافه می شود .

مرکز یادگیری سایت تبیان -تنظیم: مرجان سلیمانیان